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1、 目录 一.主电路设计1（一）主电路原理图.1（二）整流变压器的计算与选择.1（三）整流元件的计算与选择3（四）电抗器的计算与选择.3(五)电阻的计算.5(六)时间常数的计算.6(七)保护元件的选择和计算.6 二控制电路设计.9 （一）电流环的设计.9（二）转速环的设计.11（三）双闭环调速系统的动，静态结构图 .14.（四）触发电路.15.（五）系统总原理图.16 三.元器件的选择.17 四.设计总结.18 参考文献.19 转速、电流双闭环不可逆直流调速系统原理图 一、主电路设计 主电路采用单相变压器，经单相全控桥晶闸管整流电路为电动机供电（一）主电路原理图 （二）整流变压器的计算与选择 1
2、.整流变压器的电压 整流变压器的一次侧直接与电网相连，即一次侧电压等与电网电压。所以1U=220V，整流变压器的二次侧电压2U与整流电路形式、电动机额定电压nU、晶闸管装置压降、最小控制角min及电网电压波动系数有关，可按下式近似计算 21.10220282.26V31.1 0.92znK UUAB 式中ZK-为安全系数，一般取为 1.051.10 左右；-为电网电压波动系数，一般为 0.91.1，在此取；A-为计算系数，此处取 0.9；B-为计算系数，min3cos2aB。2.整流电压器电流 221 4141nIK IAA 12111 282.24152.59220nKU IIAU 表 1-
3、1 整流变压器的计算系数选择（电感负载,取min30）计算系数 单相全控桥 三相半波可控 三相全控桥 三相半控桥 A=02dUU 0.9 1.17 2.34 2.34 B=0ddUU 32 32 32 234 22nKI I 1 0.577 0.816 0.816 11nKI I 1 0.472 0.816 0.816 3.整流变压器容量 121mm 22221 282.24111570.2Sm U IVA 111 11 22026.295783.8SmU IVA 121173542SSSVA 式中1m、2m分别为一次侧与二次侧绕组的相数。（三）、整流元件的计算与选择 正确选择晶闸管和整流管，
4、能够使晶闸管装置在保证可靠运行的前提下降低成本。选择整流元件主要是合理的选择它的额定电压knU和额定电流（通态平均电流）TI 他们与整流电路形式、负载性质、整流电压及整流电流平均值、控制角 的大小等因素有关。一般按0计算，且同一装置中的晶闸管和整流管的额定参数算法相同。1.整流元件的额定电压 整流元件的额定电压knU 与元件实际承受的最大峰值电压mU 有关，即 222282.2399.09mUUV 2 3knmUU 式中2 3为安全系数，取安全系数为 3，则 33 311.13933.39knmUUV 2.整流元件的额定电流 整流元件的额定电流TI与最大的负载电流mI 有关，即 式中1.541
5、61.5mnIIA 1.5 2.0TfbmIK I 式中fbK为计算系数，1.5 2.0为安全系数，取安全系数为 2.0，则 2.02.0 0.4561.555.35TfbmIK IA 表 1-2 整流元件的计算系数fbK。计算系数 负载形式 单相桥式 三相半波 三相桥式 fbK（=0）电阻负载 0.5 0.374 0.368 fbK（=0）电感负载 0.45 0.367 0.367 （五）电阻的计算 1.电动机电枢电阻aR 221122041 75000.452241nnnanU IPRI 2整流变压器折算到二次侧的每项电阻BR max222227402.5511 95%0.0499941B
6、SRI 式中max为变压器的最大效率，一般为0095 3.整流变压器漏抗引起的换向重叠压降所对应的电阻hxR 3222 50 0.0027 100.00027BBhxBXfLRfL 4.电枢回路总电阻R 2=0.5akhxBRRRRR 式中kR为平波电抗器的电阻，可从电抗器产品手册中查的或实测。即0.1kR。（六）、时间常数的计算 1.电磁时间常数1T 1102.53205.060.5LTsR 2.电机时间常数mT 22041 0.1140.0897min/2400nnaenUI RCVrn 9.55meCC 2222.52.5 410aGDGDNm 2210 0.50.32375375 9.
7、55 0.067memGD RTsC C（七）、保护元件的计算与选择 1.交流侧阻容过压保护（1）交流侧过电压保护电容（单位为 F）的计算公式是 02222%2 5 7402.550.93282.2iSCFU 0i%变压器励磁电流百分数，单向变压器励磁电流分数 0i%=5。电容 C（单位为 F）的交流耐压应大于或等于 1.5cU，cU是阻容两端正常工作时的交流电压有效值。（2）交流侧过电压保护电阻的计算公式 2220%6.96.9 282.2574.23%7402.555kuURSi 式中kU%为变压器的短路比，对于 101000kV.A 的变压器，kU%为 5-10，在此取 5。电阻功率 P
8、 的范围可在下式范围内选取 222212122(2 3)(2)()(1 2)(2)()RfK CR CUPfK CRKCU 式中:R 和 C 为上述阻容计算值 f 和2U为电源频率（单位为 Hz）和变压器二次侧相电压（单位为 V）；（2-3）和（1-2）-安全系数；1K为计算系数，对于单相=1;对于三相=3;2K为计算系数，对于单相2K=200；对于三相半波阻容接，2K=450；阻容 Y 接，2K=150；对于三相桥式：阻容接，2K=900；阻容 Y 接，2K=300。当 CR5ms 时，所选的RP值应接近于上式之左方。66 1011.850.071CRms0.2ms 所以RP值应接近上式之右
9、方 RP 122221 22fKCRKCU=6222 3.14501 0.0712006 10141.164W 1.交流侧压敏电阻的过压保护 （1）压敏电阻的额定电压1mAU 222282.2399.09mUUV mU为压敏电阻承受电压的峰值 为电网电压升高系数，为 1.051.10.，在此取 1.10；0.80.9 为安全系数，在此取 0.9 1(0.8 0.9)mmAUU 11.1 311.13380.270.90.9mmAUUV（2）压敏电阻的流通容量yI 2(20 50)yII 50 412050yIA（3）压敏电阻的残压（即限压值）yU 13 243.8731.4yymAUK UV
10、式中yK为残压值，当yI100A 时，yK=1.82，当yI3000A 时，yK3 压敏电阻的残压必须小于整流元件的耐压值 3.阻容和压敏电阻过压保护 可参照交流侧的计算方法进行计算 4.晶闸管元件过压保护（1）限制关断过电压的阻容 RC 的经验公式 3(2 4)10TCI 333103 111 100.333TCIF 10 30R 取20R 220.450.45 311.132178.0420mRUPWR 式中 C 的单位为 uF；R 的单位为；RP的单位为 W 电容 C 的交流耐压值大于或等于 1.5 倍的元件承受的最大电压mU(2).阻容 RC 的经验数据 111TIA 故200TIA
11、即 C=0.4uF，R=20 5.晶闸管的过电流保护（1）.直流侧快速熔断器 熔体额定电流kRzI 1.51.54161.5kRznIIA（2）交流侧快速熔断器 熔体额定电流kRjI 21.51.5 82.2123.3kRjIIA（3）晶闸管元件串联快速熔断器 熔体额定电流kI 1.571.57 111174.27kkRTIIIA（4）总电源快速熔断器 熔体额定电压kRDI 11.51.5 52.779.05kRDIIA 所有快速熔断器的额定电流均需大于其熔体额定电流；快速熔断器的额定电压均应大于线路正常工作电压的有效值（5）直流侧过流继电器 动作电流小于或等于 1.2nI(6)交流侧过流继电
12、器 动作电流小于或等于（1.11.2）2I 交直流侧的过流继电器额定电流均应大于或等于其动作电流，额定电压均应大于或等于正常工作电压。二、控制电路的设计 双闭环直流不可逆调速系统，变流装置采用单相全控桥式整流电路，已知如下基本数据：直流电动机：2220UV 41nIA 2400minNrn 0.067eC 1.5I 变流装置：02202210dsctUKU 电枢回路总电阻：0.25R 时间常数：T1=0.13s Tm=0.16s 电流反馈：*100.1631.5 41imidmnUUVnII 转速反馈：*100.004172400nnomUn 设计要求：静态指标，无静差 动态指标：电流超调量%
13、10%10%in转速超调量（一）电流环的设计 电流环的等效静态结构图 1.确定时间常数 （1）整流装置滞后时间常数sT 单相桥式电路的平均失控时间sT=0.005ms。（2）电流虑波时间常数oiT 取oiT=0.005s。（3）电流环小时间常数iT 按小时间常数近似处理，取s0.0050.0050.01ioiTTTs 2.选择电流调节器结构 根据设计要求%10%i，电流调节器用 PI 型调节器，其传递函数为 ()(1)piiACRsiKsWs 式中，piK电流调节器的比例系数；i电流调节器的超前时间常数。3.选择电流调节器的参数 电流调节器超前时间常数：10.13iTs。电流开环增益：要求10
14、%i时，应取0.69IiK T，因此 10.69690.01IKss 于是，ACR 的比例系数为 0.13 0.25692.550.08 11ipiIsRKKK 4.校验近似条件 电流环截止频率：0.660ciiT（1）晶闸管整流装置传递函数的近似条件ci1/(3)sT，现在 17.66005.03131sTs 则满足近似条件。（2）忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件ci13 1/()mT T，现在 11113320.80.16 0.13msT T 则满足近似条件。（3）电流环小时间常数近似处理条件ci1/(3)1/()soiTT，现在 1111166.7330.005 0.005sois
15、TT 则满足近似条件。1.计算调节器电阻和电容 电流调节器（带给定滤波器与反馈滤波器）如图可知，按所用运算放大器取0R=20K，各电阻和电容值的计算如下 02.552051,ipiRK RKK,取 50K 30.132.5551 10iiCiFR，取 2.7F 3044 0.0051,20 10oioiTCFR取 1F 按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为9.5%10%i，满足设计要求。（二）转速环的设计 转速环的等效动态结构图如下 1.确定时间常数（1）电流环等效时间常数 电流环等效时间常数电流环已按典型 I 型系统设计则20.02iTs （2）转速滤波时间常数onT 根据所用测
16、速发电机纹波情况，取0.01onTs.（3）转速环小时间常数nT 按小时间常数近似处理，取20.020.010.03nionTTTsss 2.选择转速调节器结构 转速环动态结构图如图，同样进行单位反馈系统的处理及小惯性环节的处理，如图所示。由于设计要求无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态要求，应按典型型系统设计转速环，故 ASR 选用 PI 调节器，其传递函数为 (1)()pnnASRnKsWss 3.计算转速调节器参数 按跟随和抗扰性能都较好的原则，用minrM准则设计，取 h=5，则 ASR 的超前时间常数为 5 0.030.15nnhTs 则转速环开环放大系数 2222215
17、1133.322 50.03NnhKsh T 于是，ASR 的比例系数为 (1)6 0.080.0670.169.822 5 0.0070.250.03empnnhC TKh R T 4.校验近似条件 转速截止频率为 11133.3 0.1520NcnNnKKs（1）电流环传递函数简化条件为cn1/(5)iT，现在 1112055 0.01isT 则满足简化条件。（2）转速环小时间常数近似处理条件为cn1132ionT T，现在 1cn111123.63232 0.01 0.01ionsT T 则满足近似条件。5计算调节器电阻和电容 转速调节器（带给定滤波器与反馈滤波器）如图所示，取020Rk
18、，则 09.8 20196npnRK RKK，取 200K 30.15 100.765196nnnCFR,取 0.8F 3044 0.0110220ononTCFR,取 2F 6.校核转速超调量 查表 3-8，当 h=5 时，81.2%nbC 而 *2()nnombmTnCznT 因空载启动，则 z=0，且 故 306.70.032 1.50.11515000.16bC 则 81.2%81.2%0.1159.34%10%nbC 能满足设计要求 (三).双闭环调速系统的动，静态结构图 双闭环调速系统动态结构图(四)触发电路 此单结晶闸管电路为同步电路，为了使晶闸管每次导通的控制角都相同，从而得到
19、稳定的直流电压，触发脉冲必须在电源电压每次过零后滞后角出现，为了实现同步，图中同步电路由同步电压器 TS，整流桥以及稳压管 V 组成。当主电路电压过零时，触发电路的同步电压也过零，单节晶闸管的基极电压降为零，管内 A 点电位0AU,保证电容电荷很快放完，在下一个半波开始时能从零开始充电，从而使各半周期的控制角 A 一致，起到同步作用。(五)系统原理总图 三、元器件的选择 名称 型号 数量 电动机 Z2-52-1 1 电 2.55uF 1 0.4uF 4 容 0.06 uF 1 1uF 1 0.765uF 1 2uF 1 电 阻 20 4 20K 8 51K 1 196K 1 电位器 WS2-4
20、.7K 11 转速调节器 FC54 1 电流调节器 FC54 1 触发器 TC787 1 二极管 0 晶闸管 Kp（3CT）200 4 平波电抗器 1.46 1 1 压敏电阻 MYL1-5 2 熔断器 12 四、设计总结 总 结 本次设计使我更加的懂得了公式，又研究了一些制图软件，明白了集体合作的重要性。虽然在写这份设计的时候遇到了很多的问题，但是还是在大家的讨论下逐个攻破了唯一遗憾的就是没有进行电路仿真，通过这次的实验，我们把课堂的知识和理论结合了起来，一方面加强了我们对只是更深的理解，另一方面又增强了自己的设计能力和寻找错误的能力，就是在计算成本的方面还是显得比较生疏，在以后的生活中会多加努力！.忽略此处.